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风电材料行业专题报告:风电兴起,哪些材料受益?

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-10   来源:风力发电   作者:风力发电机   浏览次数:44
核心提示:(报告出品方/作者:长江证券,马太、王明、叶家宏)风电如日当升,材料前景似锦长期:“双碳”驱动发展,未来空间广阔风电是实现“双碳”目标的重要手段之一,政策制定 2025 年、2030 年风电光伏装机目 标,需求长期支撑明确。2016 年 11 月,《风电发展“十三五”规划》提出目标到 2020 年底,风电累计并 网装机超 2.1 亿千瓦,风电年发电量达到 4200 亿千瓦时,占全国总发电量的 6%。2020 年 2 月,《中国可再生能源展望 2019》规划“十四五”风电年均新装机 53GW, “十五五”年

   

(报告出品方/作者:长江证券,马太、王明、叶家宏)风电如日当升,材料前景似锦长期:“双碳”驱动发展,未来空间广阔风电是实现“双碳”目标的重要手段之一,政策制定 2025 年、2030 年风电光伏装机目 标,需求长期支撑明确。
2016 年 11 月,《风电发展“十三五”规划》提出目标到 2020 年底,风电累计并 网装机超 2.1 亿千瓦,风电年发电量达到 4200 亿千瓦时,占全国总发电量的 6%。
2020 年 2 月,《中国可再生能源展望 2019》规划“十四五”风电年均新装机 53GW, “十五五”年均新装机 127GW,“十六五”风电成为实现“碳中和”的主力军。
2020 年 12 月,《新时代的中国能源发展》白皮书提出 2030 年非化石能源占一次 能源消费比重达到 25%左右,风光总装机超过 12 亿千瓦。
2021 年 5 月,《关于 2021 年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》提出确保 2025 年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到 20%左右。
2021 年 12 月,《关于印发第一批以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏 基地建设项目清单的通知》明确第一期风光大基地项目总规模达 97GW,其中明 确要求 2022 年底前投产超过 45GW,2023 年底前全部投产完毕。
2022 年 5 月新方案落实,风电项目由核准制改为备案制,风电项目审批效率提升。
2022 年 6 月,《“十四五”可再生能源发展规划》明确 2025 年,可再生能源年发 电量达约 3.3 万亿千瓦时。
“十四五”期间,可再生能源发电量增量占比超 50%。
风力发电渗透率逐年提升,未来可期。
国内风电新装机占比显著上行,2014 至 2021 年, 风力发电装机容量占总装机容量比重由 7.0%上升至 13.8%;全国风力发电量由 2014 年 约 1547 亿度大幅提升至 2021 年约 6526 亿度,复合增速高达 22.8%。
展望未来,国家 定下 2030 年风光总装机达 12 亿千瓦的目标,“碳中和”驱动下,风光可再生能源长期 增长空间仍相当可观,带动产业链上游材料需求持续高增。
度电成本下滑,风电竞争力持续提升,有望带动需求稳步上行。
技术持续革新驱动风力 发电度电成本持续下降,根据 IRENA 统计,陆上风电在 2020 年已成为全球成本最低的 清洁能源。
2022 年是我国风电平价上网元年,风力发电成本仍有较大优化空间,预计 平价上网大幅推广后,风电竞争优势有望持续增强,内在竞争力提升有望刺激风电消费 稳步上行。
中期:招标显著提速,中期景气可期2022 年丰富的招标规模有望为明后年行业装机提供有力支撑。
风电行业招标通常对应 1-2 年后的装机。
根据金风科技统计,2022Q1 国内风电公开招标量达 24.7GW,为历 史单季新高,接近 2021 全年招标量的一半。
根据风芒能源,Q2 招标延续旺盛。
招标大 幅上行有望为明后年行业装机提供较为确定的支撑。
中期,风电装机增长势头有望持续。
近期第二批风光大基地项目印发,各省市现有“十 四五”风电装机规划已超 300GW,且海上风电势头迅猛。
预计 2025 年国内风电并网装 机有望达到 109GW,2021-2025 年复合增速高达 23.0%,中期维度风电装机有望持续 上行,带动材料端需求向好。
短期:装机旺季将至,需求或迎爆发下半年为传统风电装机旺季。
风电装机本身存在较为明确的安装节奏,即上半年集中招 标、立项,下半年集中安装、并网。
反映在装机节奏方面,Q1 历来为淡季(北方部分 地区仍处于冻土期),Q2 装机有所修复,Q3-Q4 为传统装机旺季。
2018 年、2019 年国 内风电下半年装机占比在 64%左右;2020 年、2021 年国内装机受陆风、海风抢装潮影 响,旺季效应更加显著。
2022 年风电装机旺季效应有望显著延续。
根据国家能源局统计,2022 年 1-6 月国内风 电新增并网装机 12.94GW。
2022H1 在疫情影响下,不少产地位于华东地区的零部件均 受到影响。
此外,风电产业链环节众多,牵一发而动全身,导致上半年不少项目的安装 进度大幅放缓。
对于 2022 年全年,预计风光大基地项目并网规模有望达到 30-40GW, 成为全年装机的确定性支撑;海上风电部分前期项目顺延,全年有望贡献 6-8GW。
我们 判断 2022 年将依旧延续抢装期间的季节性差异,即三四季度并网装机规模有望继续维 持高位,预计下半年装机规模有望冲击 50GW。
风电装机高景气下,上游原料需求将受到提振,涉及的化工产品及上市公司有望受 益风电产业涉及哪些化工品?风电产业链由上游原材料、中游零部件、下游整机或部件组装、终端风电场运营构成。
化工原料如碳纤维、灌浆料、涂料、环氧树脂、辅材等,有望受益风电景气而需求高增。
本文我们整理了风电产业所涉及的化工品,以及主要上市公司。
整体来看,塔筒、铸件 等部件主要为金属材料,化工品集中应用在叶片环节。
基体材料——风电叶片用环氧树脂:潜力大,内资占有 率高环氧树脂是风电叶片的主流基体材料。
目前主要叶片制造商均采用环氧树脂作为叶片灌 注成型的基体材料,少数厂商采用乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。
环氧树脂被广泛应 用于叶片的生产主要因为其良好的力学性能、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性,利于叶片在 严苛的环境下保证运作效率和使用寿命。
风电叶片用环氧树脂由基础环氧树脂与固化剂、 稀释剂等深加工制成,其特点是与玻璃纤维、碳纤维有良好的浸润性,同时粘度低、机 械性能好,工艺操作性与耐热性优异,与增强材料复合后具有优异的力学和耐疲劳性能。
风电叶片用环氧树脂的需求主要受风电行业的需求影响,具体由新增风电装机容量所决 定。
根据聚合科技招股说明书披露,2020 年公司风电叶片用环氧树脂销量为 11808 吨, 市场占有率为 3.35%,产品单价约 21.74 元/kg 进行估算,2020 年国内风电叶片用环氧 树脂总需求量约 35.2 万吨,市场规模约 76.6 亿元。
国内风电叶片用环氧树脂基本形成以美国瀚森、美国欧林、道生天合、上纬新材、惠柏 新材、聚合科技等在内的多元角逐格局。
风电叶片用环氧树脂的核心竞争力主要体现在 工艺技术层面,行业整体对技术要求较高。
且出于产品质量及安全性等方面考虑,客户 会要求供应商提供权威机构的认证,如 DNV•GL 认证等,选定供应商并经长期合作认 可后,通常不会轻易更换,具有一定粘性。
结构胶黏剂——环氧树脂结构胶:市场空间有限,行业 寡头垄断结构胶黏剂指强度高、能承受较大荷载、且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀,在预期寿命内性 能稳定,适用于承受强力的结构件粘接的胶粘剂,是风电叶片生产过程中主要原材料之 一。
结构胶类型主要有环氧型、聚氨酯型、乙烯基型及丙烯酸酯型等,目前在叶片合模 用的结构胶主要是环氧树脂结构胶。
风电叶片结构胶属结构胶中的高端型号,性能要求较高,进入下游客户供应链需通过国 际风能权威认证(GL)等多种认证。
根据康达新材招股说明书(2012 年),当时国内 1.5MW 主机每套需 3 片叶片,每片叶 片环氧结构胶和环氧基体树脂的用量分别为 0.35 吨,结构胶用量约为 700 吨/GW。
2021 年新装风机平均功率已提升至 3.5MW,主流风机叶片半径提升至约 150 米,假设单位功率风机结构胶用量不变,以国内风电新增装机容量年均 60GW 计,风电叶片结构胶 年需求量约 4.2 万吨。
目前风电叶片结构胶仅有几家供应商。
国外供应商主要有瀚森(Hexion)和欧林(OLIN), 其结构胶具有韧性好和固化收缩率低等优良性能,一度成为风电行业早期快速发展的主 力军,但是过高的价格也与叶片的低成本化相矛盾。
近几年来,国内生产厂家康达新材、 道生天合等不断进行技术革新和生产优化,凭借相对均衡的性能和低成本的优势而不断 扩大其市场份额。
康达新材是国内风电叶片结构胶龙头,市占率超六成。
公司结构胶产品的主要原材料为 环氧树脂、固化剂、气相二氧化硅、环氧稀释剂等化学品,康达新材目前风电叶片结构 胶市场占有率超过 60%。
芯材——PVC、PET 泡沫材料:渗透率有望提升芯材是叶片主要原材料之一,可以有效提高叶片整体刚度,减轻叶片重量,合理的降低 机组运行载荷。
叶片芯材主要包括轻木(Balsa)、PVC 和 PET。
国内叶片芯材中,轻木(Balsa)主要依赖从南美热带地区进口。
泡沫芯材 PVC、PET 材 料性能更为优异,渗透率有所提升。
根据隆华科技可转债说明书,2020 年全年国内风电叶片 PVC 和 PET 泡沫总用量均在 35 万立方米左右,“十四五”期间预计年均用量在 55-60 万立方米左右。
根据中国可再 生能源学会风能专业委员会完成《叶片夹芯材料技术发展现状与趋势研究》报告预测, 叶片芯材受风电装机推动,需求度将不断提高;未来风电材料将朝轻量化、高强度与低 成本方向发展,将进一步推动 PVC 及 PET 泡沫市场发展及应用,预计到 2025 年,我 国叶片芯材(PVC 和 PET 泡沫)的市场空间将达到 53.1 亿元,市场空间潜力巨大。
风电芯材 PVC、PET 领域,行业主要生产厂商为瑞典戴铂(DIAB)、天晟新材、隆华新 材等。
天晟新材:公司是知名的高分子发泡材料专业生产商,致力于高分子发泡材料的研究、 开发、生产和销售。
公司 PVC 结构泡沫产品已应用于风电领域。
隆华科技:公司全资子公司科博思 PVC、PET 结构泡沫与国外龙头企业产品在各项性 能上基本一致,2020 年高性能 PVC 芯材产能为 7920m3 /年,与国内一线厂商时代新材、 中材科技、三一重能等均签有订单。
公司于 2021 年发行可转债募投 8 万 m3 /年高性能 PVC 芯材和年产 8 万 m3 /年新型 PET 芯材。
增强材料——碳纤维:受益叶片大型化,前景光明碳纤维又称“黑色黄金”,指含碳量 90%以上的高强度高模量纤维。
碳纤维质地轻、强 度高,是极佳的轻量化材料和热场材料,小丝束碳纤维主要应用于国防军工、航空航天 等领域,大丝束碳纤维主要用于交通运输、风电叶片等工业领域。
碳纤维生产流程复杂,对设备和技术要求极高。
各环节参数及反应温度的把控都需要极其精准,否则将显著影 响碳纤维产品的拉伸强度,甚至造成断丝现象。
碳纤维叶片在结构材料中主要用于主梁或分段叶片连接区域,承担主要载荷,用量大。
2020年全球风电碳纤维用量约为3万吨,其中至少90%以拉挤板形式应用于叶片主梁; 国外最早将拉挤碳板应用于叶片,迄今已有十多年批量应用经验;国内部分厂商已在新 叶型上完成拉挤碳板试制或小批应用,业内拉挤碳板新叶型研发加快。
风电已成为碳纤维的最大下游。
根据赛奥碳纤维发布的《2021 全球碳纤维复合材料市 场报告》,风电叶片已成为国内碳纤维的最大应用,风电叶片约消耗碳纤维 22500 吨, 占比为 36.1%。
叶片大型化促进碳纤维渗透率提高。
为了能在有限的土地面积上实现大规模发电,提高 风力发电效率,叶片需要往大型化的方向发展。
但叶片长度增加会导致叶根受到的荷载 增加,使叶根疲劳失效,还会使风轮在摆动方向受到较大荷载,导致扭转变形。
叶片重 量增加导致的荷载上升会增加主梁帽层间失效的风险,若重量的增加大于刚度增加,叶 片还易发生共振,破坏结构。
因此随着叶片的大型化,使用高刚性、高比强度、高比拉 伸模量的材料制造决定叶片刚性的主梁非常必要。
碳纤维较传统玻纤增强材料性能更佳。
传统的叶片制造材料玻璃纤维复合材料无法满足这些要求,而碳纤维复合材料密度更低、 强度更高,是风电叶片大型化、轻量化的首选材料。
碳纤维市场空间广阔。
展望未来,最大应用下游风电装机高速增长,叠加其在风电叶片 增强材料的渗透率持续提升,碳纤维需求有望快速增长。
碳纤维具备较高的技术工艺壁 垒,行业集中度较高,当前我国碳纤维行业供需仍存在较大缺口,伴随未来几年龙头企 业的快速产能投放,预计进口部分有望实现国产。
国内主要上市公司有吉林碳谷、光威 复材、中复神鹰、吉林化纤、上海石化、中简科技等,各企业均有扩产计划。
固化剂——聚醚胺、酸酐:需求向好,存路径差异固化剂是一类增进或控制固化反应的物质或混合物,与环氧树脂搭配使用作为风电叶片 基体材料。
固化剂与环氧树脂发生固化反应,将环氧树脂与固化剂本身的化学结构连接, 形成网状立体聚合物,把复合材料骨材包络在网状体之中使线型树脂变成坚韧固体。
固化剂种类繁多,按其结构主要分为胺类固化剂、有机酸酐类固化剂、咪唑类固化剂三 大类。
聚醚胺:风电助力需求,行业寡头垄断聚醚胺(PEA)也称端氨基聚醚,是一种主链为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷 或其嵌段共聚,且端羟基被氨基取代的聚合物,这种特殊结构赋予聚醚胺黏度低、蒸气 压低,溶解性好等优异性能。
因此,聚醚胺在环氧树脂固化剂、聚脲喷涂、复合材料、 燃油添加剂、水处理添加剂以及石油开采等领域得到了广泛应用。
目前所有的工业化胺 类固化剂中,仅有聚醚胺可以满足大型风力发电叶片制造的性能和工艺性要求。
聚醚胺上游原料主要为环氧丙烷/乙烷、丙二醇等,下游应用领域覆盖风电、建筑、胶黏 剂、油气开采、燃料清洁等。
聚醚胺在大多应用场景中起到固化剂的作用,赋予产品高 强度、高韧性、水溶性、表面活性等优异性能。
风电构筑主要需求,聚醚胺市场规模快速增长。
2020 年我国聚醚胺下游应用中,风电 领域占比高达 62.1%,是聚醚胺的最大下游,中国聚醚胺行业的需求量、市场规模分别 由 2016 年的 4.2 万吨、9.2 亿元,增加至 2020 年的 10.1 万吨、25.8 亿元,2016-2020 年需求年均复合增速高达 24.5%。
“风电退补”导致 2019 至 2020 年行业增长迅速; 2021 年市场需求有所下跌。
尽管如此,风电行业在政策支持下快速发展,其他下游需 求稳定,预计我国聚醚胺需求未来将持续高增,根据弗诺斯特沙利文测算,我国聚醚胺 需求量、市场规模有望由 2021 年的 8.3 万吨、24.1 亿元增长至 2025 年的 14.8 万吨、 44.3 亿元,2021-2025 年需求年均复合增速将高达 15.7%。
聚醚胺入行门槛高,仅少数企业具备生产能力。
聚醚胺具有技术、资金、客户等入行门 槛,高端型号的核心技术掌握在巴斯夫、亨斯迈等海外龙头企业手中,仅少数企业具备 量产能力。
聚醚胺供给高度集中,呈寡头垄断格局。
根据正大新材料招股说明书披露,2020 年我 国聚醚胺总产量为 8.0 万吨,2020 年产量排行前五的企业为正大新材料、阿科力、巴斯 夫、晨化股份、万华化学,2020 年中国聚醚胺行业产量 CR5 高达 92.6%。
主流厂商规划扩产,但短期增量有限。
伴随聚醚胺需求向好,盈利上行,主流生产厂商 纷纷发布扩产计划,据不完全统计,行业目前规划产能达 18.5 万吨/年。
但新增产能大 多在 2023 年及以后投入市场,短期看行业供给增量有限。
有机酸酐类固化剂——玩家较少,濮阳惠成是行业龙头有机酸酐类固化剂可用于制备风电专用环氧树脂。
有机酸酐类固化剂用量仅次于胺类固 化剂,其具有绿色环保、对皮肤刺激性小,适用期长等优点。
环氧树脂固化时,还可将 两种或两种以上酸酐型固化剂按照一定比例进行复配使用,以实现环氧树脂固化物的特 殊用途,环氧树脂固化物会随着固化剂配方的改变而表现出不同的优越性能。
国内酸酐固化剂生产企业较少。
濮阳惠成是国内顺酐酸酐衍生物龙头,公司产品甲基四 氢苯酐可作为环氧树脂配套的固化剂,下游应用于风电行业。
防护涂料:国产替代空间广阔风电叶片、塔筒处于露天工作环境,需要特种涂料防止腐蚀。
风场一般处于风力资源丰 富、环境恶劣的沙漠、海洋、高原等边缘地带,风电设备受自然环境影响严重。
一般风 电设备的使用寿命要达到 20 年以上,且检修困难、施工难度大、成本高,因此必须用 高效防腐涂层加以保护,来防止光照、风沙、风雨等因素的侵蚀,这对于风电机组涂料 也提出了更高的性能要求。
风机防护涂料国产化替代空间广阔。
国内风电防护涂料市场主要被外资品牌海虹老人、 阿克苏诺贝尔、佐敦、PPG 等占据,国产化替代空间广阔。
国内主要生产厂商有大连义 邦、飞鹿股份等。
飞鹿股份:公司在风电设备保护领域提供涂料、涂装一体化服务模式,其中风电叶片涂 料通过德国 GL 认证。
铸造树脂——呋喃树脂:细分领域现龙头,圣泉集团产 能领先呋喃树脂在铸造工艺中作型芯粘结剂,是风电领域应用最为广泛的铸造树脂。
铸造用树 脂可分为三大类:呋喃树脂、冷芯盒树脂和碱性酚醛树脂。
呋喃树脂为最常应用的铸造 用树脂之一,呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇和糠醛作原料生产的树脂类的总称,具 有固化速度快、效率高、常温强度高、高温性能好等特点。
根据圣泉集团招股说明书, 2022 年国内呋喃树脂消费量可达 46.6 万吨。
呋喃树脂行业市场竞争比较充分,市场集中度较低,但在某一产品市场,具有比较优势 的规模企业在细分市场上维持较大的市场份额,主要生产厂商为圣泉集团、兴业股份。
圣泉集团:公司铸造用呋喃树脂产销规模位居世界第一,年产能 12 万吨。
兴业股份:公司主营产品铸造用自硬呋喃树脂和冷芯盒树脂等系列产品具有节能、高效、 减排的功能特色,连续多年在国内市场占有率分别居于第二位和第一位。
风机基础灌浆料:国产替代空间广阔风机基础灌浆料是一种改性水泥材料,能够保障风电基础底座导管架灌浆部位的安全性 和稳定性。
灌浆料的性能可靠性决定了导管架灌浆部位的安全性和稳定性,风电机组的 质量及受力情况决定灌浆料的性能要求。
灌浆料对风电基础不仅起受力缓冲作用,同时 也起提高结构安全性和稳定性的作用。
因此,灌浆料的压缩强度、拉伸强度、弯曲强度 等指标是考察材料性能的灌浆因素。
海上风机灌浆料技术壁垒更高。
海上风机基础灌浆材料需要具备大流动性、高早期强度、 高最终强度、水下不分散、高耐久性高抗疲劳等性能特点,技术壁垒更高。
国内海上风 电项目起步较晚,海上风电用灌浆材料市场被少数国外大的厂家垄断。
国内主要海上风 机基础灌浆料生产厂商为苏博特,未来国产替代空间广阔。
苏博特:公司风机基础灌浆料产品应用于陆地、潮间带及海上风电场风机、升压站等基 础的灌浆和调平。
产品已成功应用于福建莆田南日岛海上 400mw 海上风电场、江苏龙 源如东海上风电场示范 200MW 扩建项目、中水电江苏如东海上风电场 100MW 示范项 目等多个工程,累计完成超过 50 台风机基础的灌浆,实现了风机基础灌浆料在国内海 上风电工程的首次大规模应用。
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